Ⅰ.課程簡介

一、內(nèi)容概述與要求

金屬材料及熱處理考試是為招收鋼鐵智能冶金技術(shù)專業(yè)?？粕究茖W(xué)生而實(shí)施的入學(xué) 考試。為了體現(xiàn)鋼鐵智能冶金技術(shù)專業(yè)對(duì)專接本科學(xué)生入學(xué)應(yīng)具備的金屬學(xué)知識(shí)和能力的要 求，金屬材料及熱處理考試分為兩大部分：金屬學(xué)基礎(chǔ)部分和熱處理原理部分，考試結(jié)構(gòu)構(gòu) 成主要集中在金屬學(xué)基礎(chǔ)部分。

參加金屬材料及熱處理考試的考生應(yīng)理解《金屬材料及熱處理》中金屬的晶體結(jié)構(gòu)、純 金屬的結(jié)晶、二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶、鐵碳合金、金屬及合金的塑性變形、金屬及合金的 回復(fù)與再結(jié)晶、擴(kuò)散、鋼的熱處理原理這八部分的基礎(chǔ)基本概念和基本理論；掌握上述部分 學(xué)習(xí)的基本方法；能夠運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)來分析并解決一些簡單的實(shí)際問題。金屬學(xué)考試 主要是針對(duì)考生對(duì)金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度的考核，及一些簡單實(shí)際問題的分析考核。

二、考試形式與考試結(jié)構(gòu)

考試采用閉卷、筆試形式，全卷滿分為 150  分，考試時(shí)間 75  分鐘。

試卷包括填空題、選擇題、簡答題、綜合題。答案均在答題紙上作答。  填空題 40  分， 選擇題 40  分，簡答題 50  分，綜合題 20  分。

Ⅱ.知識(shí)要點(diǎn)與考核要求

一、概論

1 ．知識(shí)范圍

金屬學(xué)的研究對(duì)象，方法以及金屬組織結(jié)構(gòu)的基本輪廓(晶粒、晶界、亞晶、晶體結(jié)構(gòu))， 以及金屬材料的力學(xué)性能 (強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性)。

2 ．考核要求

(1) 金屬和合金的區(qū)別；

(2) 金屬材料的機(jī)械性能即力學(xué)性能都有哪些；

(3) 金屬材料的強(qiáng)化機(jī)制。

二、金屬和合金的固態(tài)結(jié)構(gòu)

1 ．知識(shí)范圍

主要講述金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)缺陷，是重點(diǎn)章之一，本章包括了金屬學(xué)中最基 本的理論和概念，是學(xué)好該課程的基礎(chǔ)。

晶體學(xué)基礎(chǔ)部分應(yīng)掌握雙原子作用模型、晶體與非晶體、晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣、晶胞、 晶格、14  種空間點(diǎn)陣、七大晶系、晶面指數(shù)與晶向指數(shù)、晶帶與晶帶軸。

純金屬的晶體結(jié)構(gòu)部分應(yīng)掌握典型金屬的晶體結(jié)構(gòu) (體心立方、面心立方、密排六方)、 晶體中原子的堆垛、晶體結(jié)構(gòu)中的間隙、原子半徑、多晶型性、單晶體的各向異性與多晶體 的各向同性，了解亞金屬與鑭系金屬的晶體結(jié)構(gòu)。

晶體缺陷部分應(yīng)掌握點(diǎn)缺陷，包括空位和間隙原子、點(diǎn)缺陷的平衡濃度、點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)； 位錯(cuò)包括刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、柏氏回路與柏氏矢量；界面包括晶界、大角度晶界與小角度 晶界、亞晶界與相界、界面能、堆垛層錯(cuò)。

固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)部分應(yīng)掌握固溶體，包括固溶體的晶體結(jié)構(gòu)、置換固溶體及其溶解度、 間隙固溶體、有序固溶體及固溶體的微觀不均勻性；中間相包括中間相的特點(diǎn)及分類、正常 價(jià)化合物、電子化合物、間隙相和間隙化合物。

2 ．考核要求

(1) 金屬的結(jié)合鍵和結(jié)合能。

(2) 固態(tài)物質(zhì)的分類 (晶體和非晶體)，空間點(diǎn)陣與晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)別以及三種典型的金 屬晶體結(jié)構(gòu) (原子數(shù)、配位數(shù)、原子半徑、密排面和密排方向) 。給出晶面指數(shù)和晶向指數(shù)， 會(huì)畫出一個(gè)晶胞內(nèi)的晶向和晶面 (不考慮負(fù)號(hào))。

(3) 晶體缺陷：點(diǎn)、線、面缺陷。分別了解點(diǎn)缺陷有哪些，線缺陷主要是位錯(cuò)，  位錯(cuò) 分為螺型和刃型，及其和柏氏矢量的關(guān)系，面缺陷有哪些。

(4) 組織和相的概念，固溶體和金屬化合物的定義及分類。

三、純金屬的結(jié)晶

1 ．知識(shí)范圍

金屬結(jié)晶的基本規(guī)律，即形核和長大過程。金屬凝固的基本過程應(yīng)掌握過冷現(xiàn)象與過冷 度、形核與長大、孕育期。液態(tài)金屬的微觀結(jié)構(gòu)部分，了解液態(tài)金屬的性質(zhì)、熔化時(shí)體積變 化、熔化潛熱、熔化熵。掌握相起伏、相起伏尺寸與過冷度、結(jié)晶潛熱。純金屬凝固的熱力 學(xué)條件應(yīng)掌握自由能 (G) -溫度 (T) 曲線、GS＜Gl 時(shí)ΔG＜0 單位體積自由能 ( ΔGv) 與 過冷度 ( ΔT) 的關(guān)系。形核部分的內(nèi)容為均勻形核、形核時(shí)能量的變化、臨界晶核、臨界 晶核半徑與過冷度、臨界過冷度、臨界形核功與過冷度、均勻形核率。非均勻形核、臨界晶 核半 徑與過冷度、臨界形核功與過冷度、均勻形核功與非均勻形核功的關(guān)系、浸潤角、非 均勻形 核率。長大的內(nèi)容為 S-L  界面原子遷移動(dòng)力學(xué)、動(dòng)態(tài)過冷度、固液界面的微觀結(jié)構(gòu)、 粗糙界 面、光滑界面、界面形貌形成的條件、杰克遜因子、晶核長大機(jī)制、垂直長大、二 維晶核長大、缺陷長大。純金屬凝固的生長形態(tài)應(yīng)掌握 L-S  界面處的溫度分布、正溫度梯 度、負(fù)溫度梯度、垂直生長、平面狀、臺(tái)階擴(kuò)展生長、規(guī)則的幾何外形、樹枝狀晶體。鑄錠 組織及其晶粒度，熟悉通過結(jié)晶過程獲得細(xì)晶粒金屬的主要途徑，并能應(yīng)用結(jié)晶過程基本理 論說明鑄錠組織的形成過程及改變鑄錠組織的方法。

2 ．考核要求

(1) 結(jié)晶的條件必須要過冷，過冷度的概念，以及結(jié)晶的微觀過程 (形核和長大)；

(2) 結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力和阻力，形核的基礎(chǔ)；

(3) 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)；

(4) 晶粒大小的控制 (控制過冷度、變質(zhì)處理、振動(dòng)和攪拌)；

(5) 鑄錠三晶區(qū)的形成原因。

四、二元合金相圖

1 ．知識(shí)范圍

相平衡與相平衡圖的基本概念、相律；二元相圖的基本類型，杠桿定律，相律在相圖中 的應(yīng)用；了解三元合金相圖。弄清楚組元、相、組織、相組成物、組織組成物等基本概念； 掌握勻晶、共晶相圖、包晶相圖，并會(huì)分析典型合金的結(jié)晶過程，會(huì)用杠桿定律，熟知相圖 中相組成與性能的關(guān)系。

2 ．考核要求

(1) 相律和杠桿定律；

(2) 成分過冷的概念、成分過冷對(duì)晶體長大形狀和鑄錠組織的影響、晶內(nèi)偏析及解決方法 ；

(3) 熟悉勻晶相圖、共晶相圖、共析相圖。

五、鐵碳相圖

1 ．知識(shí)范圍

Fe—Fe3C  相圖和典型合金的平衡結(jié)晶過程。掌握鐵碳合金的基本相和組織，建立合金 成分—組織—性能—用途之間的關(guān)系；能默繪 Fe—Fe3C  相圖，掌握其點(diǎn)、線、區(qū)的物理意 義等。掌握鐵碳相圖會(huì)分析鐵碳合金緩冷過程中的組織變化，能應(yīng)用杠桿定律計(jì)算合金的組 織組成物和相組成物的相對(duì)量。

2 ．考核要求

(1) 鐵碳合金的組元及基本相；

(2) 鐵碳相圖分析；

(3) 鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程及組織；

(4) 含碳量對(duì)鐵碳合金平衡組織和性能的影響；

(5) 鋼中的雜質(zhì)元素。

六、金屬及合金中的擴(kuò)散

1 ．知識(shí)范圍

擴(kuò)散的宏觀定律，分析擴(kuò)散的微觀機(jī)理，給出固態(tài)擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)規(guī)律和實(shí)際應(yīng)用。內(nèi)容為 擴(kuò)散方程，包括擴(kuò)散第一方程、擴(kuò)散第二方程、擴(kuò)散第二方程的解及其應(yīng)用舉例；原子運(yùn)動(dòng) 與擴(kuò)散，包括擴(kuò)散機(jī)理、擴(kuò)散的激活能；了解反應(yīng)擴(kuò)散；影響擴(kuò)散的因素包括溫度、固溶體 類型、晶體結(jié)構(gòu)、合金元素。

2 ．考核要求

(1) 擴(kuò)散機(jī)制、固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件及分類；

(2) 影響擴(kuò)散的因素。

七、金屬及合金的形變

1 ．知識(shí)范圍

應(yīng)力-應(yīng)變曲線、金屬變形的三個(gè)階段。金屬的彈性變形：彈性變形的特點(diǎn)及彈性模量、 彈性變形的微觀解釋。掌握單晶體的塑性變形：滑移及滑移系、滑移帶、滑移面、滑移方向、 滑移的臨界分切應(yīng)力、硬位向、軟位向、取向因子、影響臨界分切應(yīng)力的因素、滑移時(shí)晶面 及晶向的轉(zhuǎn)動(dòng)等。孿生及扭折：孿生變形、孿生變形的特點(diǎn)、扭折。弄清多晶體的塑性變形： 多晶體的塑性變形的特點(diǎn)、不均勻變形、協(xié)調(diào)變形、晶界強(qiáng)強(qiáng)化、位錯(cuò)塞積、多晶體屈服強(qiáng) 度高于單晶體。金屬塑性變形后的組織與性能：塑性變形對(duì)金屬組織的影響、顯微組織、形 變織構(gòu)、亞結(jié)構(gòu)、塑性變形后金屬性能的變化、加工硬化及其微觀解釋、擇優(yōu)取向、殘余應(yīng) 力。

2 ．考核要求

(1) 金屬及合金的基本塑性變形方式、滑移和孿生的概念；

(2) 三種常見金屬的滑移系、面心立方結(jié)構(gòu)和體心立方結(jié)構(gòu)塑性好壞的比較；

(3) 多晶體的塑性變形的特點(diǎn)、細(xì)晶強(qiáng)化和加工硬化的機(jī)理。

八、回復(fù)和再結(jié)晶

1 ．知識(shí)范圍

金屬或合金形變后在加熱過程中組織結(jié)構(gòu)及性能的變化，即回復(fù)，再結(jié)晶及再結(jié)晶后的 晶粒長大過程。掌握變形金屬在加熱過程中微觀組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的基本規(guī)律，清楚回復(fù)及再結(jié) 晶對(duì)金屬組織與性能的影響，明確熱加工的概念。

2 ．考核要求

(1) 形變金屬與合金在退火過程中三個(gè)階段組織及力學(xué)性能的變化；

(2) 再結(jié)晶、二次再結(jié)晶、熱加工的定義。

九、鋼的熱處理原理

1 ．知識(shí)范圍

鋼的熱處理原理。特別是結(jié)合鐵碳相圖選擇鋼的加熱溫度、運(yùn)用 C  曲線確定過冷奧氏 體轉(zhuǎn)變的組織和性能特征。掌握鋼的熱處理基本原理，結(jié)合 C  曲線，分析過冷奧氏體轉(zhuǎn)變 產(chǎn)物的組織和性能。

2 ．考核要求

(1) 普通熱處理的分類；

(2) 珠光體、貝氏體、馬氏體的分類及組織形態(tài)，它們分別屬于哪類固態(tài)相變；

(3) 調(diào)質(zhì)處理的定義、回火索氏體和索氏體的區(qū)別。